JP5689795B2 - ソルダペーストぬれ性評価装置及び評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、チップ部品や、ＩＣ、ＬＳＩ等のパッケージ部品を基板電極に接続するために用いられるソルダペーストのぬれ性を評価するソルダペーストぬれ性評価装置及び評価方法に関する。

チップ部品や、ＩＣ、ＬＳＩ等のパッケージ部品からなる電子部品は、プリント配線板の電極であるランド部にソルダペーストを印刷し、その上に電子部品を載せてリフロー炉に搬入し、予め設定された加熱温度プロファイルに従って加熱することにより、ソルダペースト中の金属粉を溶融させてプリント配線板のランド部に接続される。

ここで、ソルダペーストは、錫・鉛、錫・銀・銅、錫・亜鉛・ビスマス等の合金からなる金属粉を、溶剤を含む融剤であるフラックスに練り込んだペースト状のはんだである。フラックスは、接続面の酸化被膜の除去を目的としたものであり、電子部品に対するソルダペーストのぬれ性は、ソルダペーストの保存状態やフラックスの組成によって異なる。近年、欧州連合のＲｏＨＳ規制等、環境に対する社会的規制が厳しくなっており、これらの規制に適合し、且つ、ぬれ性の良好な特性を備えた鉛フリーソルダペーストの開発が急務になっている。

また、携帯型電話やノート型パーソナルコンピュータ等の携帯型電子機器の軽薄短小化の要求に対応すべく、電子部品の超小型化が進んでおり、これらの超小型電子部品に対する鉛フリーソルダペーストのぬれ性評価方法の確立が求められている。

鉛フリーソルダペーストは、一般的に、錫・鉛を主成分とするソルダペーストよりもぬれ性が悪い。そのため、ソルダペーストの金属組成及びフラックスの組成を調整し、接続する電子部品とソルダペーストとの組み合わせによるぬれ性を定量的に評価する必要がある。このぬれ性の評価結果に基づき、適切なソルダペーストを選定することで、接続不良のない良好な表面実装を達成することが可能となる。

ソルダペーストのぬれ性を定量的に評価する方法として、非特許文献１に開示された方法がある。この方法では、電子部品に対応する供試品を重量センサに吊り下げた状態でソルダペーストに浸漬し、その状態でソルダペーストを加熱溶融させる。そして、溶融したソルダペーストから供試品が受ける浮力と、ソルダペーストから供試品が受ける表面張力（供試品がソルダペーストでぬれることにより発生する引込力）の合成力（以下、作用力という。）を重量センサで検出し、この作用力を時間の関数として連続的に記録した「ぬれ曲線」に基づき、ぬれの速さ及びぬれの程度を定量的に評価している。

図１２は、ソルダペーストの加熱温度プロファイルと、供試品がソルダペーストから受ける作用力の経時変化であるぬれ曲線とを示す。図１３は、ソルダペースト１００に浸漬された供試品１０２と、図１２の各時刻Ｃ、Ｄ、Ｅにおける供試品１０２のぬれの状態との関係を示す。

ソルダペースト１００は、時刻Ａで加熱が開始され、時刻Ａから時刻Ｂまでの間、ソルダペースト１００のだれ、溶剤の蒸発、フラックスのぬれ等の過程を経た後、時刻Ｂでフラックスの表面張力による下向きの作用力（プラス）が最大となる。次いで、ソルダペースト１００が溶融を開始するとともに、供試品１０２にソルダペースト１００の浮力が作用し始めることで、重量センサにより上向きの作用力（マイナス）が検出される。ソルダペースト１００が完全に溶融した時刻Ｃにおいて、浮力による作用力が最大となる。その後、ソルダペースト１００の供試品１０２に対するぬれが開始され、ソルダペースト１００の表面張力による下向きの作用力が増加し、時刻Ｄで作用力が０となり、浮力と表面張力とが平衡状態となる。さらに、時間の経過に伴ってソルダペースト１００が供試品１０２に沿ってぬれ上がり、時刻Ｅの状態に示すように、メニスカスが形成される。この間、ソルダペースト１００の表面張力による下向きの作用力が徐々に増加する。

このようにして得られた作用力のぬれ曲線を用いて、例えば、時刻Ａから時刻Ｄまでの時間ｔａに基づき、ソルダペースト１００の供試品１０２に対するぬれ性を定量的に評価している。

ところで、上記の評価方法では、供試品１０２をソルダペースト１００に浸漬した状態で、供試品１０２に掛かる作用力を検出している。この場合、検出される作用力は、供試品１０２のサイズ（ソルダペースト１００が付着する表面積）、表面状態、ソルダペースト１００の容量、熱伝導率等、各種条件の影響を受けるため、特に、超小型電子部品に対するソルダペースト１００のぬれ性を正しく評価することができない。

また、供試品１０２の側面に沿ってぬれ上がるソルダペースト１００の量に基づいてぬれ性を評価しているため、例えば、プリント配線板に印刷されたソルダペースト１００に下面のみが接着する電極部を有するチップ抵抗素子のような電子部品のぬれ性を評価することはできない。

これに対して、図１４に示すように、プリント配線板１０４のランド部に印刷されたソルダペースト１０６上に供試品である電子部品１０８の電極部１１０を載置し、ソルダペースト１０６が加熱溶融することによる電子部品１０８の上下方向の変位量をレーザ変位計１１２を用いて計測し、図１５に示す変位量としてのぬれ曲線を求めるようにした方法が提案されている（特許文献１）。

この場合、ソルダペースト１０６の加熱が開始されると（時刻Ａ）、ソルダペースト１０６中の溶剤が徐々に蒸発してフラックスが活性化し、電子部品１０８の位置が下がり始める（時刻Ｂ）。次いで、ソルダペースト１０６中の金属粉が溶融を開始し、電子部品１０８の位置が急激に低下する（時刻Ｃ）。ソルダペースト１０６の加熱をさらに継続させると、溶融した金属粉の表面張力によりソルダペースト１０６が電子部品１０８の下に集まり、電子部品１０８が上昇する（時刻Ｄ）。

特許文献１では、ソルダペースト１０６中の金属粉が溶融して電子部品１０８が急激に下がり始め、次いで、ソルダペースト１０６の表面張力により電子部品１０８の位置が上昇して下がり始めと同じ変位量に到達するまでの時間ｔｂを計測し、この時間ｔｂに基づいてソルダペースト１０６のぬれ性を評価している。

この場合、ソルダペースト１０６の溶融状態に応じた電子部品１０８の位置を計測しているため、電子部品１０８の形状や種類、ソルダペースト１０６の容量等に依存しないぬれ曲線を取得することができる。

日本電子機械工業会規格 ＥＩＡＪ ＥＴ−７４０４「ソルダペーストを用いた表面実装部品のはんだ付け性試験方法（平衡法）」、社団法人日本電子機械工業会、１９９７年３月

特開２００３−１８８５２８号公報

しかしながら、特許文献１の場合、電子部品１０８が上下に変位して同じ位置となる各時刻から、ぬれ性の評価の基準とする時間ｔｂを計測しているため、ぬれ曲線にノイズが含まれていると、正確な時間ｔｂを得ることは極めて困難となる。また、電子部品１０８の位置は、必ずしも下がり始めの位置まで戻るとは限らず、計測不能となることも多い。

さらに、ソルダペースト１０６は、表面張力によって電子部品１０８を上昇させた後、電子部品１０８の電極部１１０に沿ってぬれ広がるため（図１５の時刻Ｄ以降のぬれ曲線参照）、実質的なぬれ性の評価は、時刻Ｄ以降の電子部品１０８の変位特性に基づいて行うべきである。

本発明は、前記の課題に鑑みてなされたものであって、ソルダペーストのぬれ性を定量的且つ適切に評価することのできるソルダペーストぬれ性評価装置及び評価方法を提供することを目的とする。

本発明に係るソルダペーストぬれ性評価装置は、部品を基板電極に接続するためのソルダペーストのぬれ性評価装置において、前記ソルダペーストが塗布された前記基板電極上に前記部品を載置した状態で収容する加熱チャンバと、設定された加熱温度プロファイルに従い、前記ソルダペーストを加熱溶融させる加熱部と、前記部品の上下方向の変位量を計測する変位計と、前記ソルダペーストの溶融開始から、前記部品が溶融した前記ソルダペーストによってぬれ、前記変位量が所定量以上になるまでの時間を算出する時間算出部と、前記変位量の変化率を算出する変化率算出部と、を備え、前記ソルダペーストの溶融開始時刻から前記ぬれの終了時刻までのぬれ終了時間と、前記変化率に基づいて前記ソルダペーストのぬれ性を評価することを特徴とする。

前記ソルダペーストぬれ性評価装置において、前記時間算出部は、前記部品が前記基板電極に最も接近した位置まで変位するのに要した時間を算出することを特徴とする。

前記ソルダペーストぬれ性評価装置において、前記時間算出部は、前記部品が前記基板電極に最も接近した位置まで変位するのに要する推定時間を算出することを特徴とする。

前記ソルダペーストぬれ性評価装置において、前記変化率は、前記ソルダペーストが加熱溶融されることで前記部品が降下する降下速度であることを特徴とする。

前記ソルダペーストぬれ性評価装置において、前記部品は、基板上に前記ソルダペーストを介して平面部が載置されるプレート状の導体からなることを特徴とする。

前記ソルダペーストぬれ性評価装置において、前記部品は、基板上に前記ソルダペーストを介して底面部が載置されるＵ字状の導体からなることを特徴とする。

また、本発明のソルダペーストぬれ性評価方法は、部品を基板電極に接続するためのソルダペーストのぬれ性評価方法において、前記ソルダペーストが塗布された前記基板電極上に前記部品を載置した状態で、前記ソルダペーストを加熱溶融させるステップと、前記部品の上下方向の変位量を計測するステップと、前記ソルダペーストの溶融開始から、前記部品が溶融した前記ソルダペーストによってぬれ、前記変位量が所定量以上になるまでの時間を算出するステップと、前記変位量の変化率を算出するステップと、前記ソルダペーストの溶融開始時刻から前記ぬれの終了時刻までのぬれ終了時間と、前記変化率に基づいて前記ソルダペーストのぬれ性を評価するステップと、を含むことを特徴とする。

前記ソルダペーストぬれ性評価方法において、前記時間は、前記部品が前記基板電極に最も接近した位置まで変位するのに要した時間であることを特徴とする。

前記ソルダペーストぬれ性評価方法において、前記時間は、前記部品が前記基板電極に最も接近した位置まで変位するのに要する推定時間であることを特徴とする。

本発明のソルダペーストぬれ性評価装置及び評価方法では、ソルダペーストが加熱溶融されることによる部品の変位量を計測し、ソルダペーストの溶融が開始されてから、ソルダペーストが部品に対してぬれ広がり、前記変位量が所定量以上になるまでの時間に基づいて評価するため、ソルダペーストのぬれ性を定量的且つ適切に評価することができる。

また、本発明のソルダペーストぬれ性評価装置及び評価方法では、ソルダペーストが加熱溶融されることによる部品の変位量を計測し、ソルダペーストの溶融が開始されてから、ソルダペーストが部品に対してぬれ広がり、前記変位量が所定量以上になるまでの間の所定範囲における変位の変化率である部品の降下速度に基づいて評価するため、ソルダペーストのぬれ性を一層容易且つ高精度に評価することができる。

本実施形態のソルダペーストぬれ性評価装置の構成図である。 本実施形態のソルダペーストぬれ性評価装置の制御回路ブロック図である。 本実施形態のソルダペーストぬれ性評価方法のフローチャートである。 ソルダペーストを加熱する際の加熱温度プロファイルである。 加熱されたソルダペーストの状態遷移図である。 本実施形態における電子部品の変位量の経時変化であるぬれ曲線の説明図である。 ソルダペーストのぬれ性を評価するための他の実施形態である試料の斜視図である。 図７に示す試料の側面図である。 図７に示す試料を用いて得られたソルダペーストのぬれ曲線の説明図である。 ソルダペーストのぬれ性を評価するためのさらに他の実施形態である試料の斜視図である。 図１０に示す試料の側面図である。 先行技術における加熱温度プロファイルと、供試品がソルダペーストから受ける作用力の経時変化であるぬれ曲線との説明図である。 ソルダペーストに浸漬された供試品とそのぬれ状態との関係説明図である。 加熱されたソルダペーストの状態遷移図である。 先行技術における電子部品の変位量の経時変化であるぬれ曲線の説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態のソルダペーストぬれ性評価装置１０の構成図である。

ソルダペーストぬれ性評価装置１０は、ソルダペーストのぬれ性試験を行うための加熱チャンバ１２と、加熱チャンバ１２内で加熱される電子部品１４の変位量を非接触で高精度に計測するレーザ変位計１６と、加熱チャンバ１２内の電子部品１４の映像を撮影する観察用カメラ１８と、加熱チャンバ１２、レーザ変位計１６及び観察用カメラ１８をコントロールするとともに、後述する熱電対３６及びヒータ３８をコントロールするコントロールボックス２０と、コンピュータ２２とを備える。なお、レーザ変位計１６は、電子部品１４の表面によって反射されたレーザビームに基づいて電子部品１４の変位量を非接触状態で高精度に計測することができる。従って、極めて小さな電子部品１４であっても、その変位量を高精度に計測可能である。

加熱チャンバ１２は、内部に収容されている電子部品１４の変位量をレーザ変位計１６により計測するための計測用窓２４と、収容されている電子部品１４の映像を観察用カメラ１８により撮影するための撮影用窓２６とを有する断熱筺体２８から構成される。計測用窓２４及び撮影用窓２６には、断熱ガラスがはめ込まれる。

断熱筺体２８の内部には、試料台３０が配設され、この試料台３０の上部には、ぬれ性の評価対象、例えば、鉛フリーソルダペーストからなるソルダペースト３２がランド部に塗布されたプリント配線板３４（基板電極）が載置される。プリント配線板３４に塗布されたソルダペースト３２には、電子部品１４の電極部１５が当接された状態で配置される。試料台３０の下部には、ソルダペースト３２の温度を検出するための熱電対３６が配設される。さらに、断熱筺体２８の内部には、ソルダペースト３２を所定の加熱温度プロファイルに従って加熱するヒータ３８（加熱部）が配設される。

図２は、ソルダペーストぬれ性評価装置１０の制御回路ブロック図である。
コントロールボックス２０は、レーザ変位計１６をコントロールする変位計コントローラ４０と、熱電対３６により検出したソルダペースト３２の温度が加熱温度プロファイルに従った温度となるように、ヒータ３８をコントロールするヒータコントローラ４２と、加熱チャンバ１２内で発生したガスを吸引し、あるいは、加熱チャンバ１２内へ冷風や不活性ガスを供給することで、ソルダペースト３２の温度や加熱チャンバ１２内の雰囲気をコントロールするガスフローユニット４４と、観察用カメラ１８をコントロールするカメラコントローラ４６とを備える。

コンピュータ２２は、コントロールボックス２０を介してソルダペーストぬれ性評価装置１０の全体をコントロールするものであり、制御部４８（時間算出部、変化率算出部）と、マウス、キーボード等からなる操作部５０と、モニタ５２と、制御プログラムを記憶するプログラムメモリ５４と、各種データを記憶するデータメモリ５６とを備える。データメモリ５６には、例えば、加熱温度プロファイルのデータ、レーザ変位計１６により計測した電子部品１４の変位量の経時変化であるぬれ曲線のデータ、観察用カメラ１８により撮影した電子部品１４の映像データ等が記憶される。

本実施形態のソルダペーストぬれ性評価装置１０は、基本的には以上のように構成される。次に、ソルダペーストぬれ性評価装置１０を用いたぬれ性評価方法の手順につき、図３に示すフローチャートを用いて説明する。

まず、準備段階として、評価対象となる試料を加熱チャンバ１２を構成する断熱筺体２８内の試料台３０の上に配置する。なお、試料は、電子部品１４、ソルダペースト３２及びプリント配線板３４からなる。試料は、プリント配線板３４のランド部に評価対象となるソルダペースト３２を塗布し、その上に電子部品１４の電極部１５を接触させた状態で載置して構成される。試料を試料台３０に載置した後、ガスフローユニット４４を制御して、断熱筺体２８の内部雰囲気をコントロールする。

前記の準備が完了した後、ソルダペースト３２のぬれ性を評価するためのデータの取得処理を開始する。そこで、コンピュータ２２の制御部４８は、データメモリ５６から、図４に示す加熱温度プロファイル５８を読み込み（ステップＳ１）、この加熱温度プロファイル５８に従ってヒータ３８を制御し、ソルダペースト３２の加熱制御を行う（ステップＳ２）。なお、加熱温度プロファイル５８は、プリント配線板３４、ソルダペースト３２及び電子部品１４をリフロー炉に搬入して表面実装を行うときの加熱制御時間と温度との関係として、操作部５０を用いて設定することができる。加熱温度の最大値は、使用するソルダペースト３２中の金属粉が溶融する温度以上となるように設定される。

ソルダペースト３２の温度は、試料台３０に配設した熱電対３６によって検出され、ヒータコントローラ４２にフィードバックされる。ヒータコントローラ４２は、検出された温度が加熱温度プロファイルに従った温度となるように、ヒータ３８を制御する。

図５は、加熱されたソルダペースト３２の状態遷移図である。ソルダペースト３２の加熱が開始されてから、溶剤が徐々に蒸発してフラックスが活性化し、ソルダペースト３２中の金属粉が溶融を開始するまでの間（Ａ）、電子部品１４の上下方向の位置変動は少ない。次いで、ソルダペースト３２の温度が金属粉の溶融温度に達すると、金属粉の溶融が開始され、ソルダペースト３２が流れることで、電子部品１４の位置が下がり始める（Ｂ）。ソルダペースト３２の加熱を継続すると、溶融したソルダペースト３２が表面張力により電子部品１４の電極部１５の下に集まることで、電子部品１４が上昇する（Ｃ）。その後、電子部品１４の電極部１５に対するソルダペースト３２のぬれが開始され、再び電子部品１４が徐々に下がり始める（Ｄ）。そして、電子部品１４の電極部１５がソルダペースト３２によって完全にぬれることで、電子部品１４が最下位まで変位する（Ｅ）。

レーザ変位計１６は、断熱筺体２８の計測用窓２４を介して電子部品１４の上面部にレーザビームを照射し、反射されたレーザビームに基づき、電子部品１４の経時的な変位量を計測する（ステップＳ３）。

図６は、ソルダペースト３２の加熱時間と、各時間における電子部品１４の変位量との関係としてのぬれ曲線６０、６２を示す。（Ａ）〜（Ｅ）の各時刻は、図５のソルダペースト３２の状態遷移図の（Ａ）〜（Ｅ）に対応する。この場合、実線のぬれ曲線６０は、ぬれ性試験が適切に行われたときの結果であり、点線のぬれ曲線６２は、後述するように、ぬれ性試験が不適切であったときの結果である。計測されたぬれ曲線６０、６２は、データメモリ５６に記憶される。

一方、観察用カメラ１８は、レーザ変位計１６を用いた電子部品１４の変位量の計測と並行して、断熱筺体２８の撮影用窓２６を介して電子部品１４の映像を撮影する（ステップＳ４）。取得した電子部品１４の映像データは、データメモリ５６に記憶される。

ステップＳ２〜Ｓ４の処理は、加熱温度プロファイルに基づくソルダペースト３２の加熱処理が終了するまで継続される（ステップＳ５）。

加熱処理が終了した後、制御部４８は、データメモリ５６に記憶された電子部品１４の変位量に基づき、図６に示すぬれ曲線６０、６２をモニタ５２に表示させ（ステップＳ６）、ぬれ性試験の良否判定を行う（ステップＳ７）。

ぬれ性試験の良否は、例えば、ソルダペースト３２の加熱を開始してから、ソルダペースト３２中の金属粉が溶融を開始する温度（固相線温度）までのぬれ曲線６０、６２の状態に基づいて判定することができる。固相線温度は、ソルダペースト３２に使用される金属粉の組成によって予め決まっている。そこで、例えば、加熱開始からソルダペースト３２の溶融開始点（Ａ）（熱電対３６で検出される金属粉の融点）までの間、電子部品１４の変位量が閾値ｔｈ以上となるか否かを判定する。実線で示すぬれ曲線６０のように、電子部品１４の変位量が予め設定した判定基準である閾値ｔｈを超えない場合、ぬれ性試験が適切に行われたものと判定する。また、点線で示すぬれ曲線６２にように、電子部品１４の変位量閾値ｔｈを超える大きな変化があった場合、ソルダペースト３２が大きく流動する、いわゆる、「加熱だれ」が発生しており、ぬれ性試験が不適切であると判定し、ぬれ性の評価を中止する。なお、ぬれ性試験の良否判定は、制御部４８が変位量と閾値ｔｈとを比較して行うようにしてもよいが、モニタ５２に表示したぬれ曲線６０、６２に基づき、作業者が目視によって判定するようにしてもよい。さらに、観察用カメラ１８を用いて撮影した電子部品１４の映像をモニタ５２に表示させ、作業者の経験に基づいて判定するようにしてもよい。

ステップＳ７において、ぬれ性試験が適切に行われたと判定された場合、制御部４８は、ぬれ曲線６０を用いてぬれ時間ｔ１、ｔ２を算出する（ステップＳ８）。なお、ぬれ曲線６０は、使用するソルダペースト３２の金属粉の固相線温度（溶融開始点（Ａ））で変位量が０となるように調整する。このようにしてぬれ曲線６０を調整することにより、組成が異なるソルダペースト３２同士を正しく相対評価することができる。

ここで、ぬれ時間ｔ２は、ソルダペースト３２の金属粉の溶融が開始されて電子部品１４が下がり始め（図６のＡ）、次いで、電子部品１４の電極部１５に沿ってソルダペースト３２がぬれ上がり、電子部品１４がプリント配線板３４に最も接近した変位量ｘ２に達する最下位の位置（図６のＥ）まで下がるのに要した時間として定義する。なお、電子部品１４が変位量ｘ２に達する最下位の位置は、操作部５０を用いて作業者が指定してもよい。

また、ぬれ時間ｔ１は、例えば、電極部１５に沿ったソルダペースト３２のぬれ上がりが開始して電子部品１４の変位量が０となる時刻（図６のＦ）と、電子部品１４が最下位の変位量ｘ２まで下がったときの時刻（図６のＥ）との間の上下３０％をカットしたぬれ曲線６０（図６のｄ１、ｄ２間）を直線補間し、ソルダペースト３２の金属粉の溶融が開始された時刻（図６のＡ）から、直線補間された回帰直線６３が変位量ｘ２の直線と交わる時刻（図６のＧ）までの時間として定義する。なお、このぬれ時間ｔ１は、ソルダペースト３２のぬれによって電子部品１４が下がり、プリント配線板３４に最も接近した位置まで変位するのに要する推定時間である。

次に、算出されたぬれ時間ｔ２を用いて、ソルダペースト３２のぬれ性の判定を行う（ステップＳ９）。この場合、ぬれ時間ｔ２が規定値（例えば、基準とするソルダペースト３２から求めたぬれ時間の上限値）よりも長ければ、電子部品１４の電極部１５がソルダペースト３２によってぬれず、測定不可能と判定し、以下のぬれ性の評価を中止する。

一方、ぬれ時間ｔ２が規定値以下の場合、算出されたぬれ時間ｔ１、ｔ２を用いて、ソルダペースト３２のぬれ性の定量評価を行う（ステップＳ１０）。例えば、ぬれ時間ｔ１からは、ソルダペースト３２が溶融して液相になった際の初期のぬれ易さと、電子部品１４の電極部１５に対してソルダペースト３２がぬれ上がる速さであるぬれ易さとの両方を同時に評価することができる。また、ぬれ時間ｔ２からは、電子部品１４に対するソルダペースト３２のぬれが開始してから、電子部品１４の電極部１５の全てがぬれるまでの総合的なぬれ性を評価することができる。さらに、ぬれ時間ｔ１、ｔ２が、基準とするソルダペースト３２を用いた場合のぬれ時間ｔ１、ｔ２よりも短ければ、ぬれ性が良いと判定し、長ければ、ぬれ性が悪いと判定することができる。なお、ソルダペースト３２のぬれ性は、ぬれ時間ｔ１又はｔ２のいずれか一方を用いて評価してもよい。

図７は、ソルダペーストのぬれ性を評価するための他の実施形態である試料の斜視図であり、図８は、図７に示す試料の側面図である。なお、試料は、銅基板６４、ソルダペースト６６及び銅個片６８からなる。

試料は、銅基板６４の上の４個所に、ぬれ性の評価対象、例えば、鉛フリーソルダペーストからなるソルダペースト６６を塗布し、次いで、塗布されたソルダペースト６６上に矩形のプレート状の銅個片６８（導体）を平面部６９がソルダペースト６６に接触するように載置して構成される。

なお、銅基板６４及び銅個片６８は、急速に酸化して表面状態が変化し易いため、ソルダペーストぬれ性評価装置１０の加熱チャンバ１２に投入する直前に、例えば、ＪＩＳＺ３２８４に規定されているように、脱脂及び酸化被膜の除去処理を行う。また、ソルダペースト６６は、例えば、銅基板６４上に所定形状の孔部を形成したマスクを載置し、この孔部を用いて規定量のソルダペースト６６を銅基板６４に塗布することができる。

上記の銅個片６８、ソルダペースト６６及び銅個片６８からなる試料は、電子部品１４の場合と同様にして、ソルダペーストぬれ性評価装置１０を構成する加熱チャンバ１２内の試料台３０の上に配置される。次いで、図４に示す加熱温度プロファイルに基づき、図３に示すフローチャートに従ってソルダペースト６６のぬれ性試験を行う。

図９は、ぬれ性試験により得られた、銅基板６４及び銅個片６８を用いたソルダペースト６６の加熱時間と、各時間における銅個片６８の変位量との関係であるぬれ曲線７０を示す。この場合、ぬれ曲線７０は、加熱開始からソルダペースト６６の溶融開始点（Ａ）までの間、変位量の大きな変動がなく、その後、ソルダペースト６６の金属粉の溶融が開始されることで銅個片６８が徐々に下がり始める。次いで、溶融したソルダペースト６６が銅基板６４及び銅個片６８の表面に沿ってぬれ広がることで、銅個片６８が銅基板６４に最も接近し、銅個片６８の下降が安定する最下位の変位量ｘ２に達する（図９のＥ）。

そこで、得られたぬれ曲線７０を用いて、ソルダペースト６６のぬれ性の評価を行う。ぬれ性の評価は、ぬれ時間ｔ１、ｔ２と、回帰直線７２の傾きである銅個片６８の降下速度ν（銅個片６８の変位の変化率）とを用いて行う。

ぬれ時間ｔ２は、例えば、ソルダペースト６６の溶融開始温度に相当する溶融開始点（Ａ）の時刻から、ぬれが終了する変位量ｘ２に達するぬれ終了点（Ｅ）の時刻までの時間と定義し、ぬれ時間ｔ１は、溶融開始点（Ａ）とぬれ終了点（Ｅ）との間の変位量の上下３０％をカットしたぬれ曲線７０（図９のｄ１、ｄ２間）を直線補間し、前記溶融開始点（Ａ）の時刻から、補間直線である回帰直線７２が変位量ｘ２の直線と交わる時刻（Ｇ）までの時間として定義する。なお、ぬれ終了点（Ｅ）は、ソルダペースト６６の溶融による銅個片６８の下降が安定した最下位の位置とする。また、ぬれ曲線７０の上下をカットする割合（この場合、３０％）は、取得したぬれ曲線７０に含まれるノイズの程度に応じて適宜変更してもよい。また、ぬれ時間ｔ１、ｔ２を求める際、同じ構成からなる複数の試料を用いて複数のぬれ曲線７０（最低３本）を取得し、それらを平均した平均ぬれ曲線を用いて求めることが望ましい。

また、銅個片の降下速度νは、制御部４８（変化率算出部）によって前記回帰直線７２の傾きである変位の変化率として求める。なお、回帰直線７２の傾きを求める際も、ぬれ時間ｔ１を求める場合と同様に、複数のぬれ曲線７０（最低３本）を取得し、それらを平均した平均ぬれ曲線を用いて求めることが望ましい。

以上のようにして求めたぬれ時間ｔ１、ｔ２及び降下速度νを用いて、ソルダペースト６６の特性を高精度に評価することが可能となる。例えば、降下速度νが大きければ、ぬれ性が高いソルダペースト６６であると評価し、降下速度νが小さければ、ぬれ性が低いソルダペースト６６であると評価することができる。また、矩形のプレート状の銅個片６８からなる試料より得られるぬれ曲線７０は、図６に示す電子部品１４から得られるぬれ曲線６０と比較すると、特性が単純化されているため、安定したデータを用いてソルダペースト６６のぬれ性の評価を一層容易且つ高精度に行うことができる。

図１０は、ソルダペーストのぬれ性を評価するためのさらに他の実施形態である試料の斜視図であり、図１１は、図１０に示す試料の側面図である。なお、試料は、銅基板７４、ソルダペースト７６及び銅個片８０からなる。

試料は、銅基板７４の上に帯状にソルダペースト７６を塗布し、次いで、この銅基板７４上に、レジスト７８を有し略Ｕ字状に形成したタフピッチ銅からなる銅個片８０を、底面部８２がソルダペースト７６に接触するように載置して構成される。

上記の銅個片８０を含む試料は、同様にして、ソルダペーストぬれ性評価装置１０を構成する加熱チャンバ１２内の試料台３０に配置され、所定の加熱温度プロファイルに基づいてソルダペースト７６を溶融させることにより、ぬれ性試験が行われる。この試料の場合も、図７に示す銅個片６８を用いた試料の場合と同様に、使用するソルダペースト７６のぬれ性の評価を容易且つ高精度に行うことができる。

図７又は図１０に示す試料は、評価の対象となるソルダペーストを適用する電子部品の形態に応じて適宜選択することが望ましい。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で変更することが可能である。

１０…ソルダペーストぬれ性評価装置
１２…加熱チャンバ
１４…電子部品
１６…レーザ変位計
１８…観察用カメラ
２０…コントロールボックス
２２…コンピュータ
３２、６６、７６…ソルダペースト
３４…プリント配線板
３６…熱電対
３８…ヒータ
４０…変位計コントローラ
４２…ヒータコントローラ
４４…ガスフローユニット
４６…カメラコントローラ
４８…制御部
５０…操作部
５２…モニタ
５４…プログラムメモリ
５６…データメモリ
５８…加熱温度プロファイル
６０、６２、７０…ぬれ曲線
６４、７４…銅基板
６８、８０…銅個片
６３、７２…回帰直線

Claims (9)

1. 部品を基板電極に接続するためのソルダペーストのぬれ性評価装置において、
   前記ソルダペーストが塗布された前記基板電極上に前記部品を載置した状態で収容する加熱チャンバと、
   設定された加熱温度プロファイルに従い、前記ソルダペーストを加熱溶融させる加熱部と、
   前記部品の上下方向の変位量を計測する変位計と、
   前記ソルダペーストの溶融開始から、前記部品が溶融した前記ソルダペーストによってぬれ、前記変位量が所定量以上になるまでの時間を算出する時間算出部と、
   前記変位量の変化率を算出する変化率算出部と、
   を備え、
   前記ソルダペーストの溶融開始時刻から前記ぬれの終了時刻までのぬれ終了時間と、前記変化率に基づいて前記ソルダペーストのぬれ性を評価することを特徴とするソルダペーストぬれ性評価装置。
2. 請求項１記載のソルダペーストぬれ性評価装置において、
   前記時間算出部は、前記部品が前記基板電極に最も接近した位置まで変位するのに要した時間を算出することを特徴とするソルダペーストぬれ性評価装置。
3. 請求項１又は２記載のソルダペーストぬれ性評価装置において、
   前記時間算出部は、前記部品が前記基板電極に最も接近した位置まで変位するのに要する推定時間を算出することを特徴とするソルダペーストぬれ性評価装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のソルダペーストぬれ性評価装置において、
   前記変化率は、前記ソルダペーストが加熱溶融されることで前記部品が降下する降下速度であることを特徴とするソルダペーストぬれ性評価装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のソルダペーストぬれ性評価装置において、
   前記部品は、基板上に前記ソルダペーストを介して平面部が載置されるプレート状の導体からなることを特徴とするソルダペーストぬれ性評価装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のソルダペーストぬれ性評価装置において、
   前記部品は、基板上に前記ソルダペーストを介して底面部が載置されるＵ字状の導体からなることを特徴とするソルダペーストぬれ性評価装置。
7. 部品を基板電極に接続するためのソルダペーストのぬれ性評価方法において、
   前記ソルダペーストが塗布された前記基板電極上に前記部品を載置した状態で、前記ソルダペーストを加熱溶融させるステップと、
   前記部品の上下方向の変位量を計測するステップと、
   前記ソルダペーストの溶融開始から、前記部品が溶融した前記ソルダペーストによってぬれ、前記変位量が所定量以上になるまでの時間を算出するステップと、
   前記変位量の変化率を算出するステップと、
   前記ソルダペーストの溶融開始時刻から前記ぬれの終了時刻までのぬれ終了時間と、前記変化率に基づいて前記ソルダペーストのぬれ性を評価するステップと、
   を含むことを特徴とするソルダペーストぬれ性評価方法。
8. 請求項７記載のソルダペーストぬれ性評価方法において、
   前記時間は、前記部品が前記基板電極に最も接近した位置まで変位するのに要した時間であることを特徴とするソルダペーストぬれ性評価方法。
9. 請求項７又は８記載のソルダペーストぬれ性評価方法において、
   前記時間は、前記部品が前記基板電極に最も接近した位置まで変位するのに要する推定時間であることを特徴とするソルダペーストぬれ性評価方法。

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